JP2008103586A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＵＶキュアを実施するチャンバー内の雰囲気ガスに着目し、Ｌｏｗ−ｋ膜の機械的強度を向上させるための具体的な製造方法を提供する。
【解決手段】層間絶縁膜３を形成した状態の半導体基板ＳＢをチャンバー内に収容し、大量の窒素ガスをチャンバー内に導入してチャンバー内の空気等をパージし、チャンバー内の雰囲気ガスを窒素ガスに置換する。その後、窒素パージにより大気圧あるいは大気圧より若干陽圧に調整されたチャンバー内に微量な酸素ガスを導入してＵＶキュアを実施する。酸素ガスの導入に際しては、流量計を用いて流量を制御しながら酸素ガスを導入し、チャンバー内の酸素濃度が５ｐｐｍ〜４００ｐｐｍの範囲で一定値となるように流量計を用いて調整を行う。
【選択図】図３
【解決手段】層間絶縁膜３を形成した状態の半導体基板ＳＢをチャンバー内に収容し、大量の窒素ガスをチャンバー内に導入してチャンバー内の空気等をパージし、チャンバー内の雰囲気ガスを窒素ガスに置換する。その後、窒素パージにより大気圧あるいは大気圧より若干陽圧に調整されたチャンバー内に微量な酸素ガスを導入してＵＶキュアを実施する。酸素ガスの導入に際しては、流量計を用いて流量を制御しながら酸素ガスを導入し、チャンバー内の酸素濃度が５ｐｐｍ〜４００ｐｐｍの範囲で一定値となるように流量計を用いて調整を行う。
【選択図】図３
Description
本発明は半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特に、紫外線照射によるキュアリング（ＵＶキュアプロセス）を有した半導体装置の製造方法および当該製造方法で得られた半導体装置に関する。
システムＬＳＩ（大規模集積回路）においては、微細化が進むにつれて配線遅延の増大が問題となる。配線遅延は配線抵抗と配線の寄生容量との積に比例するため、この問題への対策として、抵抗が低い銅（Ｃｕ）を配線に用いるとともに、低誘電率の絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を層間絶縁膜に用いることで寄生容量を小さくする手法が盛んに取り入れられている。
しかし、Ｌｏｗ−ｋ膜は低誘電率化とともに機械的強度も低下するため、半導体製造工程の中で大きなストレスが発生する工程、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）やパッケージ工程において、層間絶縁膜にクラックが発生する、あるいは層間絶縁膜が剥離する可能性がある。
Ｌｏｗ−ｋ膜の機械的強度の低下に対して、紫外線（ＵＶ：Ultra Violet）を照射しながら高温で焼成（アニール）するＵＶキュア技術が注目を集めている。
例えば、特許文献１には、非酸化性雰囲気中でＵＶキュアを行うことで、Ｌｏｗ−ｋ膜の硬度を１０％〜２５％改善する技術が開示されており、特許文献２には、Ｌｏｗ−ｋ膜をマイクロ波プラズマに曝して硬化させた後、さらに酸素、窒素、アルゴン等のガス中で紫外線に曝すことで弾性率を向上させる技術が開示されており、また、特許文献３ではＬｏｗ−ｋ膜を酸素、窒素、アルゴン等のガス中で紫外線に曝すことで弾性率を向上させる技術が開示されている。
以上説明したように、Ｌｏｗ−ｋ膜の機械的強度の低下に対しては、ＵＶキュアが有効な方法と考えられるが、上述した何れの文献においても、プロセス条件は幅広く設定されており漠然としている。特にＵＶキュアを実施する反応室（チャンバー）内の雰囲気ガスについては成分比等が具体的に開示されておらず、これらの文献の開示だけでは、現実的にＬｏｗ−ｋ膜の機械的強度を向上させることができるか疑問がある。
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ＵＶキュアを実施するチャンバー内の雰囲気ガスに着目し、Ｌｏｗ−ｋ膜の機械的強度を向上させるための具体的な製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る請求項１記載の半導体装置の製造方法は、層間絶縁膜として少なくとも１層のＳｉＯＣ膜を有する半導体装置の製造方法であって、前記ＳｉＯＣ膜の形成後、前記ＳｉＯＣ膜に対して紫外線照射による第１のキュアリングを行う工程(ａ)を備え、前記第１のキュアリングは、前記第１のキュアリングを実施するチャンバー内の雰囲気中の酸素濃度が５ｐｐｍ〜４００ｐｐｍとなるように酸素を含んだ状態で実行される。
本発明に係る請求項９記載の半導体装置、層間絶縁膜として少なくとも１層のＳｉＯＣ膜を有する半導体装置であって、前記ＳｉＯＣ膜中の水素の濃度が１×１０20個／ｃｃ未満である。
本発明に係る請求項１記載の半導体装置の製造方法によれば、チャンバー内の雰囲気中の酸素濃度が５ｐｐｍ〜４００ｐｐｍとなるように酸素を含んだ状態で第１のキュアリングを実行することで、３員環Ｓｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｈ結合が生成されず、一方で、ネットワークＳｉ−Ｏ結合が増加して、プロセスダメージ耐性を損なうことなく、ＳｉＯＣ膜の機械的強度を向上できる。
本発明に係る請求項９記載の半導体装置によれば、ＳｉＯＣ膜中の水素の濃度が１×１０20個／ｃｃ未満であるので、ネットワークＳｉ−Ｏ結合の中で不安定なＳｉ−Ｈ結合が少なく、ＳｉＯＣ膜がエッチング工程、レジストアッシング工程および洗浄工程から受けるプロセスダメージが助長されることが防止され、層間絶縁膜の機械的強度が良好で、層間絶縁膜のクラックや剥離を防止した半導体装置を得ることができる。
＜Ａ．実施の形態＞
本発明に係る実施の形態の半導体装置１００の製造方法について、製造工程を順に示す図１〜図１０を用いて説明する。なお、半導体装置１００の構成については、最終工程を説明する図１０に示される。
本発明に係る実施の形態の半導体装置１００の製造方法について、製造工程を順に示す図１〜図１０を用いて説明する。なお、半導体装置１００の構成については、最終工程を説明する図１０に示される。
＜Ａ−１．製造工程＞
まず、図１に示す工程において、シリコン基板等の半導体基板ＳＢを準備し、半導体基板ＳＢ上に半導体集積回路を形成する。
まず、図１に示す工程において、シリコン基板等の半導体基板ＳＢを準備し、半導体基板ＳＢ上に半導体集積回路を形成する。
図１では、半導体集積回路を構成する半導体素子の一例として、ＭＯＳトランジスタ２０を示している。
ＭＯＳトランジスタ２０は、半導体基板１上にゲート絶縁膜２１を介して配設されたゲート電極２２と、ゲート電極２２の側面に配設されたサイドウォール絶縁膜２３と、ゲート電極２２のゲート長方向の両側面外方の半導体基板ＳＢの表面内にそれぞれ配設されたソース・ドレイン層２４とを有して構成されている。
なお、ＭＯＳトランジスタ２０を含む半導体集積回路は周知の技術により形成するので、製造方法の説明は省略する。
次に、半導体基板ＳＢ上全面に、例えばＣＶＤ（Chemical Vaper Deposition）法によりシリコン酸化膜を形成して半導体集積回路を覆う厚さ３００〜５００ｎｍの下層絶縁膜１を設ける。
その後、異方性エッチングにより、下層絶縁膜１を貫通して、ＭＯＳトランジスタ２０のソース・ドレイン層２４に達する開口部１ｂを設ける。
次に、図２に示す工程において、スパッタリング法により下層絶縁膜１の全面を覆うとともに開口部１ｂの内面を覆うようにＴｉＮ（窒化チタン）膜あるいはＴｉ（チタン）膜を形成し、開口部１ｂの内面にバリアメタル層ＢＭを設け、続いて、開口部１ｂ内にＣＶＤ法によりタングステン（Ｗ）を充填し、その後、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polish）法等を用いて、不要なバリアメタル層ＢＭおよびタングステンを除去してコンタクト部１ａを形成する。
次に、図３に示す工程において、下層絶縁膜１上全面に、例えばプラズマＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍ程度の層間絶縁膜２を形成する。層間絶縁膜２の材質は、シリコン炭化膜（ＳｉＣ膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、ＳｉＣ膜に窒素を添加したＳｉＣＮ膜およびＳｉＣ膜に酸素を添加したＳｉＣＯ膜から選べば良い。
続いて、層間絶縁膜２上全面に、例えばプラズマＣＶＤ法により比誘電率２．３〜３．０の炭素を添加したシリコン酸化膜であるＳｉＯＣ膜を形成して厚さ１００ｎｍ程度の層間絶縁膜３（第１のＬｏｗ−ｋ膜）を設ける。
なお、プラズマＣＶＤ法により形成するＳｉＯＣ膜の誘電率は、プラズマＣＶＤ法のプロセス条件（ガスの種類および流量、高周波パワー、ガス圧力、ウエハ温度など）により２．０〜３．５まで制御性良く変化させることが可能であるが、本実施の形態では比誘電率２．３〜３．０の範囲から選ばれる何れかの比誘電率となるようにプロセス条件を設定している。
また、ＳｉＯＣ膜と同様な膜組成、分子構造を持つＭＳＱ（Methylsilsesquioxane）膜についてもＳｉＯＣ膜と同様に層間絶縁膜２への適用が可能である。
ＭＳＱ膜はスピンオン（Spin-on）法と呼ばれる塗布法で成膜され、組性的にはＳｉＯＣ膜と同様であり、塗布材料の原料ポリマーの分子量を変えることでＳｉＯＣ膜と同様に比誘電率を２．０〜３．４まで制御性良く変化させることが可能である。なお、比誘電率が２．５以下のＭＳＱ膜は膜中に空孔が存在することから特にポーラスＭＳＱと呼ぶ場合がある。
層間絶縁膜３の形成後、層間絶縁膜３に対して本発明に係るＵＶキュアプロセス（第１のキュアリング）を実施し、ＳｉＯＣ膜の機械的強度を向上させる。なお、当該ＵＶキュアプロセスのプロセス条件については後に説明する。
次に、図４に示す工程において、異方性エッチングにより、層間絶縁膜２および３を貫通して下層絶縁膜１上に達する複数の溝状の開口部３ｂを形成する。開口部３ｂの中にはコンタクト部１ａ上に達するように設けられるものもある。
その後、図５に示す工程において、スパッタリング法により層間絶縁膜３の全面を覆うとともに開口部３ｂの内面を覆うようにＴａＮ（窒化タンタル）膜あるいはＴａ膜を形成してバリアメタル層ＢＭ１を設け、続いて、スパッタ法によりＣｕシード膜をバリアメタル層ＢＭ１全面を覆うように設け、Ｃｕシード膜を電極としてメッキ法によりＣｕ膜ＭＬを形成することで、バリアメタル層ＢＭ１で内面が覆われた開口部３ｂ内にＣｕ膜ＭＬを充填する。
その後、ＣＭＰ法を用いて層間絶縁膜３上の不要なＣｕ膜ＭＬおよびバリアメタル層ＢＭ１を除去して、図６に示すようなバリアメタル層ＢＭ１および配線層３ａ（第１の配線層）を得る。
次に、図７に示す工程において、配線層３ａ上を含めた層間絶縁膜３上全面に、例えばプラズマＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍ程度の層間絶縁膜７を形成する。層間絶縁膜７の材質は、ＳｉＣ膜、シリコン窒化膜ＳｉＮ膜、ＳｉＣＮ膜およびＳｉＣＯ膜から選べば良い。
続いて、層間絶縁膜７上全面に、例えばプラズマＣＶＤ法により比誘電率２．３〜３．０のＳｉＯＣ膜を形成して厚さ２５０ｎｍ程度の層間絶縁膜８（第２のＬｏｗ−ｋ膜）を設ける。なお、ＳｉＯＣ膜の代わりに、スピンオン法によりＭＳＱ膜を形成しても良い。
層間絶縁膜８の形成後、層間絶縁膜８に対して本発明に係るＵＶキュアプロセス（第１のキュアリング）を実施し、ＳｉＯＣ膜の機械的強度を向上させる。なお、当該ＵＶキュアプロセスのプロセス条件については後に説明する。
次に、図８に示す工程において、異方性エッチングにより、層間絶縁膜８および７を貫通して配線層３ａ上に達するホール状の開口部８ｂを形成するとともに、層間絶縁膜８の上層部に複数の溝状の開口部８ｃを形成する。なお、複数の開口部８ｃのうち少なくとも１つは、開口部８ｂに連通するように配設する。
次に、図９に示す工程において、スパッタリング法により層間絶縁膜８の全面を覆うとともに開口部８ｂおよび８ｃの内面を覆うようにＴａＮ膜あるいはＴａ膜を形成してバリアメタル層ＢＭ１を設け、続いて、スパッタ法によりＣｕシード膜をバリアメタル層ＢＭ１全面を覆うように設け、Ｃｕシード膜を電極としてメッキ法によりＣｕ膜ＭＬを形成することで、バリアメタル層ＢＭ１で内面が覆われた開口部８ｂおよび８ｃ内にＣｕ膜ＭＬを充填する。
その後、ＣＭＰ法を用いて層間絶縁膜８上の不要なＣｕ膜ＭＬおよびバリアメタル層ＢＭ１を除去して、図１０に示すようなバリアメタル層ＢＭ１および配線層８ａ（第２の配線層）を得る。なお、開口部８ｂにはコンタクト部８ｄが設けられることになる。
＜Ａ−２．ＵＶキュアプロセス＞
次に、本発明に係るＵＶキュアプロセスについて詳細に説明する。
先に説明した特許文献１においては非酸化性雰囲気中でＵＶキュアを行う技術が示されており、従来はＵＶキュアにおいては、酸素は有害なものとして認識されていた。
次に、本発明に係るＵＶキュアプロセスについて詳細に説明する。
先に説明した特許文献１においては非酸化性雰囲気中でＵＶキュアを行う技術が示されており、従来はＵＶキュアにおいては、酸素は有害なものとして認識されていた。
しかし、発明者達の実験では、このような非酸化性雰囲気でＳｉＯＣ膜にＵＶキュアを実施すると、図１１に示すような３員環Ｓｉ−Ｏ結合や、図１２に示されるようなＳｉ−Ｈ結合が生成されることが確認された。
ここで、図１２はネットワークＳｉ−Ｏ結合の構造の一部を示す図であり、ネットワークＳｉ−Ｏ結合は、３員環Ｓｉ−Ｏ結合や、Ｓｉ−Ｈ結合の他にＳｉ−ＣＨ3結合も有している。
このような構造の変化はＦＴ−ＩＲ法（フーリエ変換赤外吸収スペクトル法）で観察される。
ここで、図１３に、ＵＶキュア前後でのＦＴ−ＩＲスペクトルの差分スペクトルを示す。図１３においては、横軸に波長の逆数である波数（ｃｍ-1）を示し、縦軸に赤外光の吸収強度（任意単位）を示しており、従来のＵＶキュアによって得られた差分スペクトルＢＡと、本発明に係るＵＶキュアによって得られた差分スペクトルＩＶとを示している。
波数は吸収される赤外光のエネルギーに対応し、スペクトルのピークに対応する波数から、結合の種類を知得することができる。
差分スペクトルの正方向の増加ピークはＵＶキュア後に増加している結合に起因したピーク示しており、図１３から判るように、従来のＵＶキュアでは、ＵＶキュア後に３員環Ｓｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｈ結合が増加している。
３員環Ｓｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｈ結合は、ネットワークＳｉ−Ｏ結合の中では不安定な結合状態であり、大気中のＨ2Ｏ（水分）やプラズマで励起した酸素ラジカルと反応してＳｉ−ＯＨ結合を生成し、安定な状態になる性質を有している。
よって、ＵＶキュアを行ったＳｉＯＣ膜がエッチング工程、レジストアッシング工程および洗浄工程から受けるプロセスダメージは、３員環Ｓｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｈ結合の増加により助長されるものと考えられる。
図１４はレジストアッシングおよび洗浄を実施したＳｉＯＣ膜の比誘電率の変化を、キュア前のＳｉＯＣ膜、従来方法によるＵＶキュア済みＳｉＯＣ膜、本発明に係るＵＶキュア済みＳｉＯＣ膜について示している。
図１４において、従来方法によるＵＶキュア済みＳｉＯＣ膜は、レジストアッシングおよび洗浄の実施により、何れの場合も比誘電率が大幅に増加していることが示されており、ＵＶキュアにより膜中に３員環Ｓｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｈ結合が生成したＳｉＯＣ膜は、ＵＶキュアを行っていないＳｉＯＣ膜よりもレジストアッシングや洗浄工程からプロセスダメージを受けやすくなっているものと考えることができる。なお、プロセスダメージを受けたＬｏｗ−ｋ膜は、高い吸湿性を有する膜質へと変化するため、比誘電率の上昇という好ましくない状況をもたらす。
発明者達は、３員環Ｓｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｈ結合の生成を抑制するために、ＵＶキュアを実施するチャンバーの雰囲気ガスに微量の酸素を添加することが有効という技術思想に到達した。
本発明に係るＵＶキュアプロセスにおいては、層間絶縁膜３を形成した状態の半導体基板ＳＢ（図３）、層間絶縁膜８を形成した状態の半導体基板ＳＢ（図７）をＵＶキュアを実施するチャンバー内に収容し、大量の窒素ガスをチャンバー内に導入してチャンバー内の空気等をパージし、チャンバー内の雰囲気ガスを窒素ガスに置換する。
その後、窒素パージにより大気圧あるいは大気圧より若干陽圧に調整されたチャンバー内に微量な酸素ガスを導入してＵＶキュアを実施する。これにより、チャンバー内に酸素ガス以外の不純物ガスが混入することを防止できる。
酸素ガスの導入に際しては、流量計を用いて流量を制御しながら酸素ガスを導入し、チャンバー内に設けられた酸素濃度計で酸素濃度をモニターして、所定の濃度に達した場合には、酸素ガスの導入を停止する。
このように、チャンバーに流量を制御しながら酸素ガスを導入することで、ＵＶキュアの進行により酸素が消費されて酸素濃度が低下した場合には、酸素ガスを追加することが容易にできる。
ここで、ＵＶチャンバー内の酸素濃度は、ＵＶキュアプロセス全体を通して、５ｐｐｍ〜４００ｐｐｍ、より望ましくは２５ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの範囲で一定値となるように流量計を用いて調整を行う。
２５ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの範囲であれば、ガス流量の制御が容易であるという利点がある。
また、本実施の形態においては、ＵＶランプに２００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域を有する水銀ランプを使用し、ＵＶキュア時のウエハ温度は３００℃〜４５０℃の範囲で設定する。
本実施の形態で使用したＵＶキュアプロセスのプロセス条件を表１に示す。
＜Ａ−３．作用および効果＞
図１３において示される差分スペクトルＩＶは、チャンバー内の酸素濃度が５０ｐｐｍとなるように酸素導入量を制御し、ウエハ温度３７５℃でＵＶキュアプロセスを行った場合のＳｉＯＣ膜のＦＴ−ＩＲスペクトルの差分スペクトルを示している。
図１３において示される差分スペクトルＩＶは、チャンバー内の酸素濃度が５０ｐｐｍとなるように酸素導入量を制御し、ウエハ温度３７５℃でＵＶキュアプロセスを行った場合のＳｉＯＣ膜のＦＴ−ＩＲスペクトルの差分スペクトルを示している。
図１３より、酸素濃度５０ｐｐｍのＵＶキュア条件では、３員環Ｓｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｈ結合の生成が認められず、一方で、ネットワークＳｉ−Ｏ結合が増加することが認められ、機械的強度を改善するために理想的な変化が起こっていることが判る。
また、図１４において示される本発明に係るＵＶキュア済みＳｉＯＣ膜は、チャンバー内の酸素濃度が５０ｐｐｍとなるように酸素導入量を制御し、ウエハ温度３７５℃でＵＶキュアプロセスを行った場合のＳｉＯＣ膜の特性を示しており、プロセスダメージの量、すなわち比誘電率の変動量は、ＵＶキュアを行っていないＳｉＯＣ膜とほぼ同等であり、プロセスダメージの増加（比誘電率の変動量の増加）は見られていない。
これは、チャンバーに導入された微量な酸素が、ＳｉＯＣ膜中のＳｉ−ＣＨ3基（図１２）の分解を容易にし、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ架橋反応を促進させることが理由と考えられる。
以上の結果より、酸素濃度５０ｐｐｍのＵＶキュア条件でのＵＶキュアプロセスをＳｉＯＣ膜に対して行うことにより、プロセスダメージ耐性を損なうことなく、ＳｉＯＣ膜の機械的強度を改善できるという結論に達した。
なお、機械的強度の改善の一例として、層間絶縁膜３に対して本発明に係るＵＶキュアを実施したところ、弾性率が８ＧＰａから１２ＧＰａまで増加したことから、機械的強度は約５０％向上したことを確認している。
図１５には、酸素濃度を２５ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの範囲で変化させた場合のＦＴ−ＩＲスペクトルの差分スペクトルを、酸素濃度がほぼゼロに近い場合（０ｐｐｍ）のＦＴ−ＩＲスペクトルの差分スペクトルとともに示している。
図１５においては、横軸に波数（ｃｍ-1）を示し、縦軸に赤外光の吸収強度（任意単位）を示し、酸素濃度が２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍおよび１００ｐｐｍの場合の差分スペクトルを示している。なお、図１５における各差分スペクトルは、それぞれが原点を有しているが、図においては原点の記載を省略している。
図１５において、酸素濃度０ｐｐｍの場合との比較により、酸素濃度２５ｐｐｍ〜１００ｐｐｍの広い範囲で３員環Ｓｉ−Ｏ結合やＳｉ−Ｈ結合を生成せず、ネットワークＳｉ−Ｏ結合を増加させることが判る。
なお、図１３および図１５において、酸素を導入した場合にはＳｉ−Ｈ結合は検出されていないが、ＦＴ−ＩＲスペクトルにおいても検出されておらず、これは本発明に係るＵＶキュアプロセスを適用した場合のＳｉＯＣ膜中の水素の濃度が、ＦＴ−ＩＲ法における水素の検出限界である１×１０20個／ｃｃ未満であることを意味している。
なお、図１５には示していないが、酸素濃度が１０ｐｐｍ以下でも上記特徴を有した差分スペクトルを得ることができ、その下限は、酸素濃度計の測定限界である５ｐｐｍ程度であることが確認されている。
ただし、５ｐｐｍ以下は測定できないので、実際には２〜３ｐｐｍでも上記特徴が現れている可能性もある。
また、上記特徴を有した差分スペクトルを得ることができる酸素濃度の上限は、４００ｐｐｍであることも確認されている。
従って、ＵＶチャンバー内の酸素濃度を、５ｐｐｍ〜４００ｐｐｍの範囲で設定することで、本発明に係るＵＶキュアプロセスによる効果を奏することができると言える。
＜Ａ−４．変形例１＞
以上説明した本発明に係る実施の形態においては、ＵＶキュアを実施するチャンバー内に微量の酸素ガスを導入してＵＶキュアを行う例を示したが、添加ガスとしては酸素ガスに限定されるものではなく、酸素を含むガスであれば同様な効果を得ることができる。
以上説明した本発明に係る実施の形態においては、ＵＶキュアを実施するチャンバー内に微量の酸素ガスを導入してＵＶキュアを行う例を示したが、添加ガスとしては酸素ガスに限定されるものではなく、酸素を含むガスであれば同様な効果を得ることができる。
例えば、ＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｎ2Ｏガスなどの半導体製造に一般的に使用されるガスでもプロセスダメージ耐性を損なうことなく、ＳｉＯＣ膜の機械的強度を改善することができる。
また、これらのガスで酸素ガスと同じ効果を得るには、より多くの量を導入しなければならないが、これが利点となる。
すなわち、酸素ガスの場合、１０ｐｐｍ以下の濃度でも上記効果を奏するが、現実問題として１０ｐｐｍ以下の濃度とするための酸素ガスの流量は、既存の流量計では流量制御の下限に近い僅かな流量で済んでしまうので、流量制御が難しい。
しかし、上記のガスでは、酸素ガスよりも多くの流量を流さなければ同じ酸素濃度に達しないので、既存の流量計でも制御性良く流量制御をすることができ、扱いやすいという利点がある。
また、上述した酸素を含むガスは、酸素ガスの代わりに単独で用いても良いが、酸素ガスと混合して使用しても良い。
この場合も、酸素ガスのみを使用する場合比べてガス流量を多くする必要が生じるので、既存の流量計でも制御性良く流量制御をすることができ、扱いやすいという利点がある。
＜Ａ−５．変形例２＞
以上説明した本発明に係る実施の形態においては、ＵＶキュアを実施するチャンバー内を、窒素パージにより大気圧あるいは若干陽圧に調整して酸素ガスを導入する例を示したが、窒素、ヘリウム、アルゴンなどのガスを導入した後チャンバー内を減圧し、その状態でＵＶキュアを実施する場合にも、微量の酸素を導入することで、プロセスダメージ耐性を損なうことなく、ＳｉＯＣ膜の機械的強度を改善することができる。
以上説明した本発明に係る実施の形態においては、ＵＶキュアを実施するチャンバー内を、窒素パージにより大気圧あるいは若干陽圧に調整して酸素ガスを導入する例を示したが、窒素、ヘリウム、アルゴンなどのガスを導入した後チャンバー内を減圧し、その状態でＵＶキュアを実施する場合にも、微量の酸素を導入することで、プロセスダメージ耐性を損なうことなく、ＳｉＯＣ膜の機械的強度を改善することができる。
＜Ａ−６．変形例３＞
以上説明した本発明に係る実施の形態においては、ＵＶキュアを実施するチャンバー内に微量の酸素ガスを導入してＵＶキュアを行う例を示したが、酸素ガスを能動的に導入するのではなく、チャンバー内に残留する酸素を利用することによっても同様の効果を得ることができる。
以上説明した本発明に係る実施の形態においては、ＵＶキュアを実施するチャンバー内に微量の酸素ガスを導入してＵＶキュアを行う例を示したが、酸素ガスを能動的に導入するのではなく、チャンバー内に残留する酸素を利用することによっても同様の効果を得ることができる。
すなわち、ＵＶキュアにおいては、ウエハの処理を行うにつれてチャンバー内壁およびＵＶ光照射窓に付着物が発生する。付着物が増えると、ＵＶキュアに支障が生じるので定期的に付着物を除去するクリーニングを行うことになる。
このクリーニングは、ウエハが収納されていない状態のチャンバー内に酸素ガスを導入しながらＵＶ光照射を行う作業であり、ＵＶ光照射によって発生したオゾンにより付着物を分解除去するものであり、ＵＶキュアプロセス前に実施される。
クリーニング終了後には、窒素パージにより酸素ガスを排出してウエハを収納するが、窒素パージ後でも微量ではあるがチャンバー内に酸素が残留している。
この酸素の残留量は数ｐｐｍ〜１０ｐｐｍ程度であるが、このような極微量な残留酸素でも、プロセスダメージ耐性を損なうことなく、ＳｉＯＣ膜の機械的強度を改善することができる。
従来は、酸素を有害なものと考えていたので、クリーニング終了後には、長時間の窒素パージや、チャンバーの真空引きにより酸素をほぼ０としていたが、上述した方法を採る場合は、窒素パージ時間の短縮や、真空引きを行わないことで、チャンバー内に酸素を残留させるようにする。
また、クリーニングに使用する酸素ガスの残留ガスを利用するのではなく、ＵＶキュアプロセスに先だって酸素ガスをチャンバーに導入した後、窒素パージにより酸素ガスを排出してウエハを収納するようにしても良い。
この場合も、酸素の残留量は数ｐｐｍ〜１０ｐｐｍ程度となり、プロセスダメージ耐性を損なうことなく、ＳｉＯＣ膜の機械的強度を改善することができる。
＜Ａ−７．変形例４＞
以上説明した本発明に係る実施の形態においては、層間絶縁膜３を形成した直後の半導体基板ＳＢ（図３）、層間絶縁膜８を形成した直後の半導体基板ＳＢ（図７）にＵＶキュアプロセスを実施する例を示したが、Ｌｏｗ−ｋ膜である層間絶縁膜３および８に、配線溝や接続孔となる開口部を形成した後にもＵＶキュアプロセスを実施しても良い。
以上説明した本発明に係る実施の形態においては、層間絶縁膜３を形成した直後の半導体基板ＳＢ（図３）、層間絶縁膜８を形成した直後の半導体基板ＳＢ（図７）にＵＶキュアプロセスを実施する例を示したが、Ｌｏｗ−ｋ膜である層間絶縁膜３および８に、配線溝や接続孔となる開口部を形成した後にもＵＶキュアプロセスを実施しても良い。
具体的には、図４および図８で示される工程において、それぞれ開口部３ｂ内および開口部８ｂ、８ｃ内に露出したＬｏｗ−ｋ膜表面に本発明に係るＵＶキュアプロセス（第２のキュアリング）行う。
すなわち、開口部３ｂおよび開口部８ｂ、８ｃをドライエッチングで形成する場合、Ｌｏｗ−ｋ膜（層間絶縁膜３および８）の表面は、エッチングあるいはレジスト除去で使用されるプラズマからダメージを受ける。
図１６は、半導体装置１００において、ドライエッチングあるいはレジスト除去で使用されるプラズマにより形成されたＬｏｗ−ｋ膜表面のダメージ層を模式的に示す図である。
図１６においてはダメージ層を×印で示しており、図から判るようにダメージ層は、開口部３ｂおよび開口部８ｂ、８ｃの内面となる層間絶縁膜３および８の表面内、および層間絶縁膜３および８の主面内に形成されており、層間絶縁膜３および８のプラズマに曝される部分に形成されることが判る。
このダメージ層では、Ｌｏｗ−ｋ膜（実施の形態ではＳｉＯＣ膜）に含まれるＳｉ−ＣＨ3基が変化してＳｉ−ＯＨ基が大量に生成されており、大気からの水分を吸湿しやすい状態になっている。このような水分は、その上部に形成されるバリアメタルやＣｕメッキ膜の正常な成長を阻害するため、極力除去する必要がある。
本発明に係るＵＶキュアプロセスは、このようなダメージ層の改質に対しても有効であり、ダメージ層中に大量に存在するＳｉ−ＯＨ基を脱水縮合反応によりネットワークＳｉ−Ｏ結合に変化させることができる。
そして、本発明に係るＵＶキュアプロセスにより生成されるネットワークＳｉ−Ｏ結合は、例えば、洗浄工程からのプロセスダメージ耐性が強く、より効果的にダメージ層の改質ができる。
３，８ 層間絶縁膜、３ｂ，８ｂ，８ｃ 開口部。
Claims (10)
- 層間絶縁膜として少なくとも１層のＳｉＯＣ膜を有する半導体装置の製造方法であって、
(ａ)前記ＳｉＯＣ膜の形成後、前記ＳｉＯＣ膜に対して紫外線照射による第１のキュアリングを行う工程を備え、
前記第１のキュアリングは、
前記第１のキュアリングを実施するチャンバー内の雰囲気中の酸素濃度が５ｐｐｍ〜４００ｐｐｍとなるように酸素を含んだ状態で実行される、半導体装置の製造方法。 - 前記工程(ａ)は、
前記酸素濃度を２５ｐｐｍ〜１００ｐｐｍとして前記第１のキュアリングを実施する工程を含む、請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(ａ)は、
前記チャンバーに流量を制御しながら酸素ガスを導入する工程を含む、請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(ａ)は、
前記チャンバーに流量を制御しながら、ＣＯガス、ＣＯ2ガス、Ｎ2Ｏガスおよび酸素ガスおよびこれらのガスの組み合わせからなる群より選択されたガスを導入する工程を含む、請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(ａ)に先だって、
前記チャンバーに酸素ガスを導入して紫外線照射を行い、前記チャンバー内をクリーニングするクリーニング工程を備え、
前記工程(ａ)は、
前記チャンバー内に前記酸素ガスが５ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの濃度で残留するように、前記チャンバー内の前記酸素ガスを排出する工程を含む、請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(ａ)に先だって、
前記チャンバーに酸素ガスを導入する工程を備え、
前記工程(ａ)は、
前記チャンバー内に前記酸素ガスが５ｐｐｍ〜１０ｐｐｍの濃度で残留するように、前記チャンバー内の前記酸素ガスを排出する工程を含む、請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(ａ)は、
前記チャンバー内に、窒素、ヘリウム、アルゴンからなる群より選択されたガスを導入して、前記チャンバー内を、大気圧あるいは大気圧より減圧して前記第１のキュアリングを実行する、請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(ａ)の後に、
(ｂ)前記ＳｉＯＣ膜にドライエッチングにより開口部を形成する工程と、
(ｃ)前記開口部が形成された前記ＳｉＯＣ膜に対して紫外線照射による第２のキュアリングを行う工程と、を備え、
前記第２のキュアリングは、
前記第２のキュアリングを実施するチャンバー内の雰囲気中の酸素濃度が５ｐｐｍ〜４００ｐｐｍとなるように酸素を含んだ状態で実行される、請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 層間絶縁膜として少なくとも１層のＳｉＯＣ膜を有する半導体装置であって、
前記ＳｉＯＣ膜中の水素の濃度が１×１０20個／ｃｃ未満である、半導体装置。 - 前記ＳｉＯＣ膜は、紫外線照射による第１のキュアリングがなされることで形成され、
前記第１のキュアリングは、
前記第１のキュアリングを実施するチャンバー内の雰囲気中の酸素濃度が５ｐｐｍ〜４００ｐｐｍとなるように酸素を含んだ状態で実行されることを特徴とする、請求項９記載の半導体装置。
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